مقدمه:
عایق ها عناصر ایده‌آلی نبوده و هر عایق بدلایل مختلف تا حد هادی جریان الکتریسیته می باشد. با افزایش شدت میدان الکتریکی ( از طریق افزایش ولتاژ) به ذرات باردار عایق نیروی بیشتری دارد میشود. با افزایش سرعت این ذرات، انرژی جنبشی آنها نیز افزایش می یابد. در صورتیکه هنگام برخورد ، انرژی جنبشی آنها از اختلاف پتانسیل یونیزاسیون مولکولها ی عایق بیشتر باشد موفق به یونیزاسیون مولکولها خواهند شد. چنانچه این پدیده بصورت زنجیری گسترش یابد. بهم الکترونی حاصل باعث شکست عایقی شده و عایق نظیر هادیها خاصیت هدایت می یابد.
شکست الکترونی در یک عایق همیشه در ولتاژ ثابتی صورت نمی‌گیرد. در واقع این پدیده یک فرآیند تصادفی بوده و به پارامترهای متعددی بستگی دارد از جمله:
الف : دامنه، شکل موج، مدت اثر، لحظه اعمال، پلاریته، سرعت و توزیع میدان الکتریکی
ب : حالت فیزیکی عایق
ج : شرایط محیطی ( دما، فشار هوا، رطوبت، آلودگی و...)
کیفیت توزیع میدان الکتریکی در پدیده شکست عایقی دارای اهمیت زیادی است. شکل با آرایش الکترودها(شکل الکترود و فاصله آنها) مشخص می شود. در یک پست فشار قوی تنوع زیادی از نظر آرایش الکترودی وجود دارد.
عایق های خارجی و داخلی ( External & internal insulation)
عایقها از نظر شدت تاثیرشان نسبت به شرایط محیطی و عوامل خارجی نظیر رطوبت، دما و آلودگی به دو دسته عایق های خارجی و داخلی تقسیم می شوند. عایقهای خارجی به فواصل هوائی و سطوح مجاور هوای آزاد در عایقهای جامد اطلاق می شود. این عایقها تحت تاثیر شرایط جوی و سایر عوامل خارجی(نظیر رطوبت، دما و حشرات و... ) قرار دارند. از طرف دیگر به بخشهای داخلی (جامد، مایع و گاز) عایق بندی تجهیزات که از مواد فوق متاثر میشوند عایق های داخلی اطلاق می شود.
عایق های بازگشت پذیر و بازگشت ناپذیر
از دیدگاه تاثیر پذیری عایقها از شکست الکتریکی میتوان آنها را به دو طبقه عایقهای بازگشت پذیر و بازگشت ناپذیر تقسیم نمود.
عایقهای بازگشت پذیر غالبا از نوع خارجی بوده و قادرند پس از یک شکست الکتریکی مجددا به استقامت الکتریکی اولیه دست یابند. در حال حاضر روش آماری هماهنگی عایقی تنها برای عایقهای بازگشت پذیر که منحنی چگالی احتمال شکست آنها را میتوان بدست آورد قابل استفاده است.
عایقهای بازگشت ناپذیر غالبا از نوع عایقهای داخلی بوده و معمولا از ترکیب دو یا چند عایق مختلف (گاز، مایع، جامد) تشکیل میگردد (کابلهای سیم پیچی ماشین های الکتریکی، بوئینگ ها و پست های G I S). این عایق ها هیچگاه نباید تحت ولتاژهائی که منجر به شکست الکتریکی می شوند قرار گیرند لذا برای این نوع عایقها روش مرصوم هماهنگی عایق همچنان معتبراست.
اثر شرایط محیطی بر استقامت الکتریکی عایقها
روشن است که عایقهای داخلی متاثر از شرایط محیطی نظیر رطوبت، فشار، آلودگی ودرجه حرارت نبوده و لذا استقامت الکتریکی آنها را میتوان برای شرایط مختلف آب وهوائی فرض نمود. برعکس عایقهای داخلی، عایقهای خارجی از شرایط آب و هوائی تاثیر می پذیرند بطوریکه
استقامت الکتریکی عایق با افزایش چگالی هوا( کاهش دما، کاهش ارتفاع از سطح دریا، افزایش فشار هوا) بعلت کاهش ذرات، افزایش می یابد.
استقامت الکتریکی عایق با افزایش رطوبت هوا، بدلیل جذب شدن بارهای حامل توسط ذرات آب، افزایش می یابد.
آلودگیها که به دو صورت آلودگی ناشی از نمک ها وآلودگی ناشی از خاکسترهای صنعتی ظاهر می شوند باعث کاهش استقامت عایقی سطوح خارجی در ولتاژهای با فرکانس شبکه میگردند.( عامل تعیین کننده در فاصله خزندگی creepage مقره، میزان آلودگی منطقه است شرایط آب و هوایی طبق IEC بصورت زیر تعریف می شود.
درجه حرارت to= 20 oc
فشار هوا bo = 101 3 kpa = 760 mmhg
رطوبت مطلق ho = 11 g/m3
استانداردIEC مناطق را از نظر آلودگی به چهار دسته کم اهمیت، سبک، سنگین وخیلی سنگین تقسیم نموده است، ومتناظر هریک فاصله خزندگی مناسبی بر حسب cm/kv pt-ph پیشنهاد نموده است.
تعیین استقامت الکتریکی عایقها
استقامت الکتریکی عایقها در آزمایشاتی که insulation test نامیده می شوند اثبات می گردد. مطابق استاندارد IEC، استقامت الکتریکی عایقها با استقامت آنها در برابر سه طبقه ولتاژ زیر سنجیده می شود.
الف: استقامت عایقی در برابر ولتاژهای عادی کار و اضافه ولتاژهای با فرکانس شبکه توسط آزمون ولتاژ فرکانس شبکه (یک دقیقه)
Power – frequency withstand level/PEWL
ب: استقامت عایقی در برابر امواج صاعقه و امواج با شیب تند توسط آزمون با موج صاعقه استاندارد
Lightning impulse withstand level/LIWL
ج: استقامت عایقی در برابر امواج کلید زنی توسط آزمون موج استاندارد کلید زنی
Switching impulse withstand level/SIWL
دانشنامه کلمات:-
الکتریسیته
الکتریسیتهمجموعهای از پدیده‌های طبیعیست که به حضور و جریان بار الکتریکی وابسته است. الکتریسیته آثار معروف متنوعی چون آذرخش، الکتریسیته ساکن، القای الکترومغناطیسی و جریان الکتریکی دارد